BÀI GIẢNG BƠM, QUẠT VÀ MÁY NÉN

Trong máy cánh dẫn việc trao đổi năng lượng thực hiện bằng năng lượng thuỷ động của dòng chảy qua máy.Máy dùng các cánh để trao đổi năng lượng với chất lưu.Năng lượng trao đổi gồm động n

Trang 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUÂT LÝ TỰ TRỌNG

Trang 2

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

(Lý thuyết + Bài tập : 45 tiết)

Chương I : Khái niệm chung và phân loại máy thủy lực ( LT+BT:9 tiết ) Chương II: Bơm cánh dẫn và bơm thể tích ( LT+BT : 13 tiết )

Chương III: Khái niệm và phân loại quạt ( LT+BT: 6 tiết ) Chương IV : Máy nén ( LT+BT:13 tiết )

+ Phương pháp đánh giá cuối kỳ : Lý thuyết + Bài tập

+ Được sử dụng TL khi thi

Trang 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bơm, quạt, máy nén – TS.Nguyễn Văn May

2 Giáo trình Bơm, quạt, máy nén – Ks Đặng Thế Huân – Cao đẳng Lý Tự Trọng

3 Giáo trình Bơm, quạt, máy nén – Th.S Phùng Chân Thành – ĐH Bách Khoa Tp.HCM

4 Lý thuyết và thực hành Bơm, quạt, MN – TS Lê Xuân Hòa – ThS Nguyễn Thị Bích Ngọc

5 Bài tập thủy lực và máy thủy lực – Ngô Vi Châu

Trang 4

Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

MÁY THỦY LỰC 1.1 Khái niệm chung về máy thủy lực :

Máy thuỷ lực là loại máy có một khâu làm việc là chất lưu.Chất lưu(fluid) có 2 dạng: chất lỏng-liquids và chất khí-gas

Máy thuỷ lực chia làm 2 nhóm: Nhóm máy công tác và nhóm máy động lực

- Máy công tác: Lưu chất đi qua máy sẽ nhận năng lượng : Bơm, quạt, máy nén Máy biến cơ năng thành áp suất của chất lưu,khi qua máy lưu chất nhận năng lượng

- Máy động lực: khi qua máy lưu chất cho năng lượng:tuốc bin,động

cơ thuỷ lực.Máy biến đổi áp suất của chất lưu thành công cơ học

Trong khuôn khổ giáo trình này ta chỉ đề cập đến nhóm máy công tác

đó là: bơm,quạt và máy nén

Trang 5

Máy thuỷ lực mà lưu chất là chất lỏng-liquids gọi chung là bơm

Máy thuỷ lực mà lưu chất là chất khí chia ra làm 3 loại phụ thuộc vào tỉ

số nén: Máy nén-copressors,máy thổi khí-blowers và quạt-fans

Quá trình trao đổi năng lượng của lưu chất tuân theo định luật Becnuli 1.2 Phân loại máy thủy lực:

* Phân loại theo chức năng:

+ Bơm: là máy thuỷ lực dùng vận chuyển và cung cấp năng lượng cho chất lỏng,công cơ học biến thành áp năng,động năng và nhiệt năng

cho chất lỏng

+ Máy nén:Khi tỷ số nén lớn hơn 2.5 gọi là máy nén

+ Máy thổi khí: Tỷ số nén từ 1.15-2.5 + Quạt:khi tỷ số nén nhỏ hơn 1.15

+ Bơm chân không:Khi tỷ số nén nhỏ hơn 0

Trang 6

Tỷ số nén là tỷ số áp suất khí giữa cửa ra và cửa vào của máy

* Phân loại theo nguyên lý làm việc:

a Máy thuỷ lực làm việc theo nguyên lý động học (dynamic machinary)

hay còn gọi là máy thuỷ lưc cánh dẫn.

Trong máy cánh dẫn việc trao đổi năng lượng thực hiện bằng năng lượng thuỷ động của dòng chảy qua máy.Máy dùng các cánh để trao đổi năng lượng với chất lưu.Năng lượng trao đổi gồm động năng và

áp năng Máy cánh dẫn có 2 loại: li tâm và loại cánh nâng

-Nguyên lý li tâm -Nguyên lý cánh nâng

Trang 7

b Máy thuỷ lưc làm việc theo nguyên lý thể tích:

Thực hiện việc trao đổi năng lượng với chất lưu theo nguyên lý nén chất lưu trong một thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh.Năng lượng chủ yếu là thành phần áp năng

Thành phần động năng rất nhỏ không đáng kể nên còn gọi là máy thuỷ tĩnh

c Các máy thủy lực khác:

Ngoài 2 loại chính nêu trên còn một số loại khác như:

-Máy kiểu phun tia-jet pumps

-Máy kiểu khí nén-pneumatic lifts for liquids(air lift)

-Bơm nuớc va,bơm xoáy…

Trang 9

Máy thể tích thực hiện trao đổi năng lượng theo nguyên lý nén chất lỏng trong thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh.năng lượng chủ yếu là thành phần áp suất p,còn thành phần động năng không đáng kể nên còn gọi là máy thuỷ tĩnh.Đặc điểm của chúng là cho một áp suất làm việc cao với lưu lượng nhỏ phù hợp với truyền động của các máy

móc thiết bị Khi máy làm việc với chất lỏng không nén được v=const, cần tránh việc tăng hay giảm thể tích quá nhanh để không gây ra hư hỏng máy hoặc cháy động cơ do quá tải Muốn vậy khi vận hành máy phải lưu ý:

-Trước khi cho máy chạy phải mở van chặn phía cửa đẩy của bơm -Lắp van an toàn để xả nhanh lưu lượng từ cửa nén sang cửa hút của

máy Trong quá trình làm việc sự thay đổi trạng thái của lưu thể tuân theo định luật sau:

p.v = const và p.vk = const Ở đây: P áp suất của lưu thể

V : thể tích của lưu thể, K hệ số , k=1.4

Trang 10

1.3.2 Nguyên lý ly tâm:

Nguyên lý này được dùng để chế tạo bơm, quạt, máy nén

inlet guide vanes

volute

Impeller passage Diffuser passages

impellers

Trang 11

- Khảo sát chuyển động của lưu thể nằm giữa 2 vách hình vành khăn song song nhau cách nhau 1 khoảng b và 2 vách chắn có chiều cao bằng b

- Kênh chứa đầy lưu thể có khối lượng riêng ρ ,quay quanh tâm o với vận tốc ω Ta xét thành phần lưu thể dm trong kênh giới hạn bởi mặt cong có bán kính r và r+dr ;

dm = ρ.α.b.r.dr = ρ.f.dr với f = α.b.r : diện tích mặt cong có bán kính r

Lực ly tâm tác dụng lên thành phần dm:

dR = -a.dm = -r ω2.dmLực hướng tâm tác dụng lên phân khối dm:

dF = f.(p + dp) –f.p = f.dp

Trang 12

Điều kiện cân bằng lực:

dR + dF = 0 Thay các giá trị ở trên vào ta có:

-r ω2.ρ.α.b.r.dr + α.r.b.dp = 0 Rút ra: dp = ρ ω2.r.dr

Tính tích phân từ cửa vào 1 đến cửa ra 2 của phương trình trên ta sẽ thu được hiệu áp (độ tăng áp ):

2

2 1

2 2

2 1

r P

n : số vòng quay ( vòng / phút )

Trang 13

* Nhận xét:

- Hiệu áp: p2-p1 chính là năng lượng mà chất lỏng thu nhận khi đi

từ điểm 1 đến điểm 2 của kênh dẫn

- Nếu chế tạo liên tiếp nhiều kênh dẫn phân bố trên vòng tròn tâm 0

sẽ tạo nên guồng động của máy công tác Cấu tạo của từng loại sẽ đề cập ở sau

* Kết luận:

a Hiệu áp: p2-p1 phụ thuộc vào ρ, khối lượng riêng của lưu chất rất khác nhau như ở điều kiện khí quyển khối lượng riêng của nước lớn gấp 830 lần của không khí vì vậy phải làm đầy guồng động của bơm khi khởi động(mồi bơm) Khi quay nhờ lực ly tâm làm chuyển động chất lỏng trong kênh chứa để lại khoảng trống tạo nên cột áp hút

b Muốn p2-p1 lớn thì bán kính cửa 1 càng gần 0 càng tốt, còn cửa ra

2 có bán kính lớn Hiệu áp p2-p1 phụ thuộc bình phương giá trị cuả

số vòng quay n và tỷ lệ với bán kính r2

Trang 14

* Tam giác vận tốc:

W U

U1, U2 : vận tốc vòng m/s

C1, C2 : vận tốc tuyệt đối của lưu thể m/s

W1, W2: vận tốc tương đối giữa lưu thể và cánh guồng động Dạng cánh của guồng có thể cong về phía trước hoặc phía sau,cong nhiều hay

ít, cánh có thể cong mặt trụ hay cong xoắn

Trang 15

1.3.3 Nguyên lý cánh nâng:

Dòng lưu thể chuyển động với vận tốc W ,trùm lên cánh Do cánh đặt nghiêng 1 góc so với dòng lưu thể nên phía trên lưng cánh tạo ra các xoáy lưu thể Chính vì vậy mà dòng lưu thể tác động lên cánh 1 lực R có phương tạo với phương thẳng đứng 1 góc Lực R được phân tích thành Ry (lực nâng ) và Rx (lực cản).

2 2

g

S C

Trang 17

1.3.3 Nguyên lý phun tia:

Nguyên lý này dựa trên cơ sở định luật bảo toàn năng lượng của dòng lưu thể mà Becnuli đã thể hiện :

Trong đó:

p : là áp suất của dòng chảy,N/m2

ρ : khối lượng riêng của lưu thể

g

2

ρ ρ

Trang 18

1.3.3 Nguyên lý phun tia:

Khi vận tốc tăng lên thì áp suất sẽ giảm đi hoặc ngược lại.Như vậy chỗ nào dòng chảy có vận tốc lớn (miệng ra vòi phun) tạo ra

không gian có áp âm vì vậy sẽ nối thông với cửa hút khi đó chất lỏng hay hơi được hút sẽ được cuốn theo dòng chảy của lưu chất chính

1.3.4 Bơm khí nén:

Khí nén được bơm vào để đẩy nước lên hoặc được bơm vào bình kín để tạo áp suất cao đưa nước lên cao

Trang 19

1.4 Các thông số cơ bản của máy thủy lực:

Máy thuỷ lực có các thông số cơ bản: Cột áp,lưu lượng,công suất

và hiệu suất Khảo sát sơ đồ máy thuỷ lực:

B

A

Trang 20

P

A A B

B A

B

2 2

α

γ

Trong đó : p,v: áp suất và vận tốc dòng chảy

α : hệ số điều chỉnh động năng-hệ số Côriôlit

γ

Trang 21

b Lưu lượng:

Gồm có lưu lượng khối lượng hoặc lưu lượng thể tích

c Công suất và hiệu suất: Gồm có 2 loại công suất:

* Công suất thủy lực: Ntl là cơ năng mà dòng chất lỏng trong đổi với máy thủy lực trong một đơn vị thời gian

Ntl = γ.Q.H ( W )

* Công suất trên trục ( công suất làm việc ): là công suất trên trục máy khi máy làm việc Công suất trên trục khác với công suất thủy lực Quá trình làm việc của máy thủy lực càng hoàn thiện thì công suất thủy lực và công suất trên trục càng ít khác nhau

Trang 22

hơi bão hòa thì chất lỏng sẽ bốc hơi, tạo thành nhiều bọt khí Các bọt khí theo dòng chảy đi về vùng có áp suất cao hơn (p > pbh) sẽ ngưng

tụ thành các giọt chất lỏng có thể tích nhỏ hơn nhiều so với thể tích bọt khí, tạo nên những vùng không gian trống trong dòng chảy Chất lỏng xô vào điền đầy vùng không gian trống đó với vận tốc rất cao tạo nên sự tăng đột ngột áp suất tại đó

Hiện tượng này tạo nên sóng áp suất tác động lên bề mặt kim loại gây tróc rỗ bề mặt và phá hỏng các bộ phận làm việc, đồng thời làm giảm hiệu suất, cột áp và lưu lượng của máy Cần tránh hiện

tượng này

Trang 23

* Chiều cao hút cho phép:

Phương trình Becmudi tại 2 măt cắt: măt thoáng bể hút A (hở) và măt cắt tại cửa vào của bơm:

Trang 24

Phương trình Becmudi tại 2 măt cắt: măt thoáng bể hút A (hở) và măt cắt tại cửa vào của bơm:

Như vậy cột áp chân không tại mc vào của bơm dùng để:

- Khắc phục chiều cao hút Zh

- Khắc phục tổn thất trên đường ống hút

- Tạo động năng cần thiết cho dòng chảy tại miệng vào của bơm

Để tránh hiện tượng xâm thực thì cột áp chân không của bơm không

vượt giá trị cho phép [Hck]:

Chiều cao hút cho phép của bơm:

[ ]ck h

v h

vao ck

g

v Z

p

Trang 25

Nếu ta chưa biết [Hck] thì ta sử dụng phương pháp sau: Áp suất lối vào của bơm phải lớn hơn Pbh + ∆h

Mà :

Ta có:

Trang 26

Cột áp dự trữ chống xâm thực:

Trang 27

e Bơm làm việc trong cột áp lưới:

Trang 28

- Độ chênh Z của mặt thoáng bể đẩy và bể hút

- Độ chênh áp suất trên mặt thoáng bể đẩy và bể hút, (= 0 nếu hai bể hở)

- Độ chênh động năng giữa đẩy và bể hút (thường bằng 0)

- Tổn thất năng lượng trong ống hút và ống đẩy

Trang 29

e Bơm làm việc trong cột áp lưới:

Trang 30

BÀI TẬP CHƯƠNG 1:

Bài 1:

Trang 31

Bài 2:

Trang 32

Bài 3:

Trang 33

Chương II : BƠM CÁNH DẪN VÀ BƠM THỂ TÍCH

2.1 Cấu tạo của máy thủy lực cánh dẫn:

Máy thuỷ lưc cánh dẫn gồm có 2 loại:

- Loại máy li tâm:Làm việc theo nguyên lý li tâm

- Loại hướng trục:Làm việc theo nguyên lý cánh nâng

Bộ phận quan trọng nhất của máy cánh dẫn là bánh công tác.Bánh công tác gồm nhiều bản cánh gọi là các cánh dẫn

Bánh công tác quay nhờ động cơ bên ngoài,nhờ các cánh dẫn mà

cơ năng của động cơ truyền cho chất lỏng

Trang 34

Chương II : MÁY THỦY LỰC CÁNH DẪN

Theo phương chuyển động của chất lỏng từ lối vào đến lối ra của

Trang 35

Chuyển động của chất lỏng trong bánh công tác rất phức tạp.Để đơn giản tính toán giả thiết rằng:

- Bánh công tác có số cánh nhiều vô cùng,mỗi cánh mỏng vô cùng

- Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng

Khi đó chuyển động tuyệt đối của mỗi phần tử chất lỏng qua bánh công tác có thể phân thành 2 chuyển động đồng thời: Chuyển động theo quay tròn cùng bánh công tác và chuyển động tương đối theo biên dạng cánh dẫn

Trang 36

2.2 Các loại vận tốc, tam giác vận tốc: Chuyển động của chất lỏng qua bánh công tác được đặc trưng bằng các vận tốc:

Các thành phần vận tốc không những phụ thuộc vào số vòng quay n, bán kính r1,r2 mà còn phụ thuộc vào hình dạng của các vách ngăn giữa các kênh (cánh) của guồng động

U1, U2 : vận tốc vòng có phương vuông góc với bán kính m/s

C1, C2 : vận tốc tuyệt đối của lưu thể m/s

W1, W2: vận tốc tương đối giữa lưu thể và cánh guồng động Dạng cánh của guồng có thể cong về phía trước hoặc phía sau,cong nhiều hay

ít, cánh có thể cong mặt trụ hay cong xoắn

W U

Trang 37

Trang 38

2.3 Phương trình cơ bản của máy cánh dẫn:

2.3.1 Phương trình mô men: Biến thiên của mô men động lượng của khối chất lỏng khi qua bánh công tác của máy thủy lực thì cân bằng với mô men ngoại lực tác dụng lên máy

Trang 39

2.3.2 Phương trình cột áp: Hay gọi là phương trình Euler, đối với bơm, quạt, máy nén ta lấy dấu ở trên:

Trong đó:

H1~: là cột áp máy thủy lực cánh dẫn với điều kiện lý tưởng :

- Số cánh dẫn nhiều vô hạn

- Độ nhớt bằng 0 ( bỏ qua tổn thất ) Cách viết khác của phương trình Euler:

Trang 40

Trang 41

2.3.3 Phương trình đồng dạng của máy thủy lực cánh dẫn:

+ Quan hệ lưu lượng:

Lưu lượng tỷ lệ bậc 1 với số vòng quay và tỷ lệ bậc 3 với đường kính bánh công tác

+ Quan hệ cột áp:

Cột áp tỷ lệ bậc 2 với số vòng quay và tỷ số đường kính bánh công tác

+ Quan hệ công suất:

Cột áp tỷ lệ bậc 3 với số vòng quay và tỷ lệ bậc 5 với đường kính bánh công tác

Trang 42

+ Quan hệ mô men xoắn:

Mô men xoắn tỷ lệ bậc 2 với số vòng quay và tỷ lệ bậc 5 với đường kính bánh công tác

Trang 43

2.4 Bơm ly tâm:

2.4.1 Cấu tạo:

Trang 44

2.4.2 Lý thuyết cơ bản của bơm ly tâm:

2.4.2.1 Phương trình cột áp của bơm ly tâm:

Trong bơm ly tâm hiện đại, đa số bánh công tác có kết cấu cửa vào hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở cửa vào của máng dẫn chuyển động theo hướng kính, nghĩa là C vuông góc U

để cột áp có lợi nhất

Trang 45

Vậy phương trình cột áp của bơm ly tâm có dạng:

2.4.2.2 Cột áp thực tế:

Do phương trình cơ bản của bơm ly tâm được lập theo giả thuyết:

- Số cánh dẫn nhiều vô hạn và mỏng ( để vận tốc đồng đều qua các mặt cắt ) Nhưng thực tế có chiều dày nhất định và số cánh hữu hạn nên tạo ra các dòng xoáy và các dòng quẩn trong máng dẫn

- Chất lỏng là lý tưởng ( độ nhớt băng 0 ) nhưng thực tế không thể được như vậy nên cột áp thực tế nhỏ hơn cột áp lý thuyết

Trang 46

Trang 47

Cột áp thực tế của bơm ly tâm H:

Trang 48

Cột áp thực tế của bơm ly tâm H nếu chỉ xét đến ảnh hưởng của cánh hữu hạn:

Cột áp thực của bơm ly tâm:

Hay có thể tính cột áp thực của bơm ly tâm:

Trang 49

2.4.3 Ảnh hưởng của kết cấu cánh đến cột của bơm ly tâm:

Trang 50

b Ảnh hưởng của góc β2:

Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy góc có ảnh hưởng trực tiếp đến phương và giá trị của các thành phần vận tốc của dòng chảy trong máng dẫn nên ảnh hưởng đến cột áp toàn phần H và cột áp thành phần Ht và Hđ của bơm:

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Ta thấy cả 3 trường hợp có u2 như nhau nên H1 ∝ chỉ phụ thuộc vào c2u Xét sự thay đổi cột áp trong 3 trường hợp

+ Khi β2<900 :

Thay vào phương trình cột áp bên dưới

Ta có:

Trang 54

Trường hợp cột áp bằng 0 là khi :

Nghĩa là:

+ Khi β2=900 :

Trang 55

Vì nên:

Do bơm ly tâm có trị số cR thay đổi rất ít từ ngõ ra đến ngõ vào nên c2R=c1R=c1

Khi đó cột áp động là :

Vì cột áp tĩnh là :

Do nên:

Nên:

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	2,56 MB